專利名稱：用于存儲(chǔ)熱能以作為車輛中輔助能源的系統(tǒng)和方法
用于存儲(chǔ)熱能以作為車輛中輔助能源的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2010年4月I日提交的名稱為“用于存儲(chǔ)熱能以作為車輛中輔助能源 的系統(tǒng)和方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 61/329，923的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及能量存儲(chǔ)，更具體地，涉及用于存儲(chǔ)熱能以作為車輛中輔助能 源的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
使用內(nèi)燃機(jī)的常規(guī)車輛，諸如運(yùn)輸卡車，在冬季需要來自運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量為車 輛加熱系統(tǒng)提供能源，以制熱；而在夏季需要由運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械能來轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮機(jī)，為空 調(diào)系統(tǒng)提供能源以制冷?？ㄜ囻{駛員通常在卡車停車時(shí)長(zhǎng)時(shí)間保持其發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以在休 息或整晚睡眠時(shí)提供制熱或制冷。由于卡車通常具有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，這種長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)導(dǎo)致大 量的污染物釋放進(jìn)大氣中。此外，很多管轄區(qū)域?qū)嵭蟹纯辙D(zhuǎn)(ant1-1dling)法，其禁止卡車 保持空轉(zhuǎn)，使得駕駛員在駕駛室內(nèi)休息時(shí)無法進(jìn)行制熱或制冷。
需要一種用于捕獲并存儲(chǔ)熱能作為車輛中輔助能源的系統(tǒng)和方法，其解決常規(guī)系 統(tǒng)的至少部分缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所 捕獲能量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器。發(fā)生器從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣捕獲 熱，并可構(gòu)造為用于循環(huán)第一溶液，該第一溶液具有能夠由發(fā)生器捕獲的熱汽化的溶質(zhì)。冷 凝器可與發(fā)生器連接，用于接收汽化溶質(zhì)并將該汽化溶質(zhì)冷凝為液體。蒸發(fā)器可與冷凝器 連接，并具有位于冷凝器和蒸發(fā)器之間的孔，蒸發(fā)器具有用于流通溶質(zhì)的第一流體通道和 用于流通第二溶液的第二流體通道。第一流體通道和第二流體通道可構(gòu)造為，由從行進(jìn)通 過第二流體通道的第二溶液吸收的熱，使得行進(jìn)通過第一流體通道的溶質(zhì)汽化，從而冷卻 第二溶液。吸收器可結(jié)合至蒸發(fā)器和發(fā)生器。吸收器可構(gòu)造為，通過使溶質(zhì)和由發(fā)生器所 供應(yīng)的第一溶液的溶劑混合，使溶質(zhì)重返溶液，并且，用于使第一溶液重返發(fā)生器，以完成 系統(tǒng)的循環(huán)。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于在冷存儲(chǔ)模式下使系統(tǒng)操作的方法，該系統(tǒng)用于 從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量。該方法包括將來自發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣的熱吸收到溶液中，并汽化溶液的溶質(zhì)，留下溶液的溶劑；使溶質(zhì)冷卻并冷凝變回液 態(tài)；將液體溶質(zhì)注入蒸發(fā)器，允許溶質(zhì)吸收熱能，從而冷卻流經(jīng)蒸發(fā)器的第二溶液；以及進(jìn) 一步將溶質(zhì)重新吸收到至溶劑以重建溶液，用于在吸收步驟中進(jìn)一步使用。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于在熱存儲(chǔ)模式下使系統(tǒng)操作的方法，該系統(tǒng)用于 從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量。該方法包括將來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱吸收到溶液中，并使溶液的溶質(zhì)汽化，留下溶液的溶劑；使溶質(zhì)循環(huán)經(jīng)過蒸發(fā)器， 以使溶質(zhì)能夠散發(fā)熱能，從而加熱流經(jīng)蒸發(fā)器的第二溶液；以及將溶質(zhì)重新吸收到溶劑中， 并重建溶液，用于在吸收步驟中進(jìn)一步使用。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制器，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量。該控制器具有與存儲(chǔ)器聯(lián)結(jié)的至少一 個(gè)處理器，該存儲(chǔ)器用于將由至少一個(gè)處理器以及多個(gè)輸入裝置和多個(gè)輸出裝置所執(zhí)行的 指令存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中。該控制器構(gòu)造成執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的指令，并因此接收一個(gè)或 多個(gè)輸入裝置處的信號(hào)，以及生成一個(gè)或多個(gè)輸出裝置的信號(hào)，用于對(duì)系統(tǒng)的各構(gòu)件進(jìn)行 控制，以從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量，并存儲(chǔ)所捕獲的能量。
本發(fā)明的另一方面提供一種在系統(tǒng)中使用的熱交換器，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng) 機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量。該熱交換器可具有外管和內(nèi)管。該熱交換 器從穿過內(nèi)管行進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中捕獲熱，并將該熱傳遞至流通經(jīng)過外管的溶液，隨著溶 液吸熱，溶液中的溶質(zhì)汽化。


現(xiàn)在參照示出本發(fā)明的示例、實(shí)施例的附圖，其中
圖1以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面的熱輔助能源單元；
圖2a (圖2A)以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在冷存儲(chǔ)模式下操作的熱輔 助能源單元；
圖2b (圖2B)以流程圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在冷存儲(chǔ)模式下操作的熱輔 助能源單元的過程；
圖3a (圖3A)以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在熱存儲(chǔ)模式下操作的熱輔 助能源單元；
圖3b (圖3B)以流程圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在熱存儲(chǔ)模式下操作的熱輔 助能源單元的過程；
圖4以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面由熱輔助能源單元的控制器執(zhí)行的 過程；以及
圖5示出與根據(jù)本說明書一方面的熱輔助能源單元一起使用的發(fā)生器的正視圖 和相關(guān)截面圖。
具體實(shí)施方式
將熱輔助能源單元系統(tǒng)描述為當(dāng)主發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，以可控模式存儲(chǔ)和釋放熱能， 以使車輛諸如卡車能夠繼續(xù)向乘員室和/或車輛內(nèi)其他系統(tǒng)提供制熱和制冷。因此，這種 系統(tǒng)降低了燃油消耗、排放物、并使駕駛員更容易遵守現(xiàn)行和/或即將出臺(tái)的反空轉(zhuǎn)法。在 冬季，可從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和/或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)捕獲熱，并且可將其存儲(chǔ)在隔熱箱中以備日 后使用。在夏季，可使用來自車輛排氣系統(tǒng)的熱來驅(qū)動(dòng)吸收式制冷單元，該吸收式制冷單元 冷卻液體和/或制冰，將液體和/或冰存儲(chǔ)起來。這些系統(tǒng)運(yùn)作的一些方面與發(fā)電廠中使 用的聯(lián)合循環(huán)相似，但被適當(dāng)更改并應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車。之后冰會(huì)融化，釋放其潛熱以提供冷 源。在上述任一種情況下都不需要使用大量額外燃料來產(chǎn)生熱或冷存儲(chǔ)，因此，對(duì)于希望在車輛沒有驅(qū)動(dòng)時(shí)通常需要保持發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)的時(shí)候能夠使用制熱或制冷的操作者來說，降低 了燃油。因此通過捕獲底循環(huán)(bottoming cycle)中的廢熱并將其存儲(chǔ)在吸收循環(huán)中，該 系統(tǒng)可利用內(nèi)燃機(jī)排放的廢熱。
本文中使用的術(shù)語“底循環(huán)”指從排氣熱捕獲能量的過程，以及，本文中使用術(shù)語 “吸收循環(huán)”來描述制冷模式，其為熱過程而并非機(jī)械處理。例如，吸收式制冷機(jī)(吸收式冷 凍機(jī))為利用熱源來提供驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)所需能量的制冷機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括隔離存儲(chǔ)容器，其能夠存儲(chǔ)多達(dá)例如IOkWh的熱能；吸收 式制冷單元；電池，其存儲(chǔ)足夠電力用于泵送、空氣循環(huán)和控制的目的；以及熱交換器，在 能量管理控制器的控制下通過吸收循環(huán)獲取并分配熱能。這種系統(tǒng)的一種形式可包括光伏 陣列，其在白天產(chǎn)生電力用于存儲(chǔ)在電池中。這種系統(tǒng)的另一形式可以簡(jiǎn)單地利用高輸出 的機(jī)械耦合交流發(fā)電機(jī)，其在車輛使用期間為電池充電。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)卡車的制熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)，在驅(qū)動(dòng)期間 HVAC系統(tǒng)使用一些燃油來為制冷或制熱系統(tǒng)提供能源，并且在主發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)期間也在直接 燃燒式加熱器中使用燃油。其他系統(tǒng)使用小型輔助發(fā)動(dòng)機(jī)并存在噪音和振動(dòng)、維護(hù)的問題， 而且也使用燃油并產(chǎn)生額外排出物。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可提供通過使用而降低成本的 效果(a life cycle cost)，其直接使用并存儲(chǔ)熱能，而很少或沒有針對(duì)車輛操作的操作處 罰。這種系統(tǒng)可使用很少量燃油或不使用燃油，以及，在一些實(shí)施例中，甚至可以降低驅(qū)動(dòng) 時(shí)的燃油消耗。在長(zhǎng)途貨運(yùn)汽車中，由于減少空轉(zhuǎn)而減少燃油消耗，系統(tǒng)可在短至兩年中收 回成本。系統(tǒng)自身可為零排放并在操作中不產(chǎn)生噪音或幾乎沒有噪音。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其為示出根據(jù)本說明書一方面的熱輔助能源單元或系統(tǒng)100的方 塊圖。系統(tǒng)100大致包括排氣分流閥102、發(fā)生器104、閥106、冷凝器108、蒸發(fā)器預(yù)冷器 或熱交換器110、噴孔112、蒸發(fā)器114、吸收器116、吸收器預(yù)冷器或熱交換器118、熱儲(chǔ)箱 120、熱箱輸入盤管和管路122、熱箱輸出盤管和管路126、控制器128、以及閥130。
排氣分流閥102可耦接于車輛排氣管和發(fā)生器104，并且通過調(diào)整流向發(fā)生器104 的排氣流量，閥102可確保來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱能適用于系統(tǒng)100。在圖1中，從發(fā)動(dòng)機(jī)到 達(dá)系統(tǒng)100的排氣由箭頭103示出，以及，經(jīng)過發(fā)生器104后離開系統(tǒng)100的排氣由箭頭 105示出。由閥102可控的旁路由箭頭107示出。在一個(gè)示例中，閥102可為三通二位型 閥，并能夠?qū)⑴艢馔耆至髦涟l(fā)生器104或遠(yuǎn)離發(fā)生器104、或在發(fā)生器104與旁路107之 間混合，以獲得通過發(fā)生器104的適當(dāng)熱載?？蛇x地，閥102可省略，但這樣會(huì)犧牲不同驅(qū) 動(dòng)循環(huán)的性能。
發(fā)生器104可包括熱交換器，該熱交換器接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣并捕獲從機(jī)動(dòng) 車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣排出的熱，并將該能量傳遞至循環(huán)通過發(fā)生器104的溶液(例如水/氨(H2O/ NH3))?？蓪⑷芤杭訜嶂寥苜|(zhì)(例如氨)沸騰出水(從水中蒸出)的溫度點(diǎn)，在高壓高溫下通過 管路將氨送出至系統(tǒng)中的下一個(gè)構(gòu)件(例如，在制冷模式下送至冷凝器108，或在制熱模式 下送至蒸發(fā)器114)。在一個(gè)示例中，發(fā)生器104的熱交換器構(gòu)件可以為液體對(duì)氣體型，并 且可捕獲來自機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱。然而，液體對(duì)液體型熱交換器也可執(zhí)行相同任務(wù)，并 可回收自發(fā)動(dòng)機(jī)其他熱源諸如發(fā)動(dòng)機(jī)制冷管路的熱能。雖然發(fā)生器104在全文中被稱為發(fā) 生器，同等地可使用術(shù)語“熱交換器”，并且發(fā)生器104可準(zhǔn)確地稱為熱交換器。發(fā)生器104 在下文結(jié)合圖5進(jìn)行更具體地描述。
通過改變經(jīng)過系統(tǒng)100的流體流動(dòng)路徑，閥106使系統(tǒng)100具有在制熱模式和制 冷模式之間切換的能力。例如，閥106可為三通二位型，并在需要制冷時(shí)，可引導(dǎo)氨在到達(dá) 噴孔112和蒸發(fā)器114之前流過冷凝器108，并且系統(tǒng)100可運(yùn)行為使用吸收循環(huán)。如果需 要制熱，閥106可構(gòu)造成引導(dǎo)氨流過旁路繞過冷凝器108和噴孔112的第二管路，其越過系 統(tǒng)100的制冷部分并將熱氨直接送至蒸發(fā)器114。系統(tǒng)100的制熱和制冷模式將在下文結(jié) 合圖2和圖3進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
冷凝器108可包括熱交換器，當(dāng)系統(tǒng)100在制冷模式下操作時(shí)，熱交換器通過將氨 冷卻至低于氨沸點(diǎn)而將熱氨氣冷凝成為高壓液態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，冷凝器108的熱交換 器部分可以為液體對(duì)氣體型，并可從氨去除熱能并將熱能釋放至周圍環(huán)境。還可以將冷凝 器108實(shí)施為液體對(duì)液體型，并將別處多余的熱能排放至液體，然而這會(huì)降低冷凝器108的 性能系數(shù)。冷凝器108可選地具有風(fēng)扇(未示出)，該風(fēng)扇構(gòu)造成傳送空氣通過冷凝器108， 從而提高冷凝器108的效率。
蒸發(fā)器預(yù)冷器110可包括熱交換器，并以提高系統(tǒng)100的性能系數(shù)為目標(biāo)，從而允 許其他構(gòu)件更有效地操作。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)器預(yù)冷器110的熱交換器部分為液體對(duì) 液體型，并在從冷凝器108至蒸發(fā)器114的流體通道與在蒸發(fā)器114和吸收器116之間的 流體通道之間傳遞熱能。在一個(gè)示例中，流體通道可實(shí)施為使用位于蒸發(fā)器預(yù)冷器110的 交換器部分內(nèi)的流體盤管。也可從系統(tǒng)100省略蒸發(fā)器預(yù)冷器110，但系統(tǒng)性能會(huì)降低。
噴孔112可包括設(shè)置在制冷管路的流動(dòng)通道中的限制裝置。當(dāng)氨離開蒸發(fā)器預(yù)冷 器110且到達(dá)蒸發(fā)器114之前時(shí)，孔112使高壓氨噴射進(jìn)蒸發(fā)器114中相對(duì)低壓腔室內(nèi)，導(dǎo) 致氨汽化。氨壓力的損失也使得氨溫度降低。
蒸發(fā)器114包括熱交換器，該熱交換器用于在含有氨的吸收系統(tǒng)和將熱能傳遞至 熱儲(chǔ)箱120的管路之間傳遞熱能。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)器114的熱交換器部分為氣體對(duì)液 體型，氨流經(jīng)蒸發(fā)器114的第一流體通道(例如，流體盤管)，以及，溶液(例如，乙二醇/水) 流經(jīng)蒸發(fā)器114的第二流體通道(例如，流體盤管)。
吸收器116包括熱交換器，該熱交換器將兩種流體冷卻至適當(dāng)溫度，在該溫度處 允許氨溶質(zhì)溶解重返水溶劑中。吸收器116在其下端可包括噴管。通過噴管將氨喂入，由 于氨比水輕，氨冒泡通過水到達(dá)上部并且大量吸收于水中。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收器116的 熱交換器部分為液體對(duì)氣體型。也可以以較低的總系統(tǒng)性能，在吸收器116中使用液體對(duì) 液體型熱交換器。
吸收器預(yù)冷器118可包括用于提高系統(tǒng)100性能系數(shù)的熱交換器，并因此允許其 他構(gòu)件更有效地操作。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收器預(yù)冷器118的熱交換器部分為液體對(duì)液體 型，并在連接于吸收器116和發(fā)生器104之間的氨/水流體通道與從發(fā)生器102重返吸收 器116的回水流體通道之間傳遞熱能；然而，也可以建立沒有預(yù)冷器118以較低性能系數(shù)操 作的系統(tǒng)。
熱儲(chǔ)箱120可以為例如密封的存儲(chǔ)容器，其容納并隔離熱存儲(chǔ)流體，以及，流體熱 能一直存儲(chǔ)直至日后需要將能量傳遞至別處。在一個(gè)示例中，熱存儲(chǔ)流體可以為水/乙二 醇混合物。熱儲(chǔ)箱120可包括輸入流體通道122 (例如，流體盤管和管路)和輸出流體通道 124 (例如，流體盤管和管路)。
輸入流體通道122可形成熱交換器的一部分，并可具有相應(yīng)的流體管路和泵，以用于將來自蒸發(fā)器114的熱能傳遞至熱儲(chǔ)箱120，或反之亦然。在一個(gè)示例中，輸入流體通 道122的熱交換器部分可為液體對(duì)液體型，例如，用作流體通道122中流體的乙二醇/水混 合物從蒸發(fā)器114至熱儲(chǔ)箱120來回流動(dòng)。熱儲(chǔ)箱120可具有存在于熱儲(chǔ)箱120中的流體， 其中，輸入流體通道122被浸沒。在一個(gè)示例中，流體通道122的流體和熱儲(chǔ)箱120的流體 具有不同的濃度，以獲得不同的效果。然而，可采用水中任意乙二醇濃度以滿足特定應(yīng)用的 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
熱箱輸出流體通道124可形成熱交換器的一部分，并且流體通道124可由泵驅(qū)動(dòng)， 并可用于將熱能從熱儲(chǔ)箱120傳遞至車輛的HVAC單元126。在一個(gè)示例中，具有輸出流體 通道124和輸入流體通道122的熱箱的熱交換器部分可為液體對(duì)液體型，例如乙二醇/水 混合物既是流體通道124中的流體、也是熱箱120中存在的熱存儲(chǔ)流體，在熱箱120中，熱 箱流體通道124被浸沒。在一個(gè)示例中，熱箱輸出流體通道124中的流體和熱儲(chǔ)箱120中 的流體具有不同濃度，以獲得不同效果。然而，可采用水中任意乙二醇濃度以滿足特定應(yīng)用 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
在一個(gè)示例中，閥130可以為三通三位雙管路型閥，并且可在車輛HVAC 126、機(jī)動(dòng) 車發(fā)動(dòng)機(jī)、和熱儲(chǔ)箱120之間引導(dǎo)溶液(例如乙二醇/水)流動(dòng)。例如，如果由于在寒冷環(huán)境 諸如冬季時(shí)車輛當(dāng)前處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而使熱儲(chǔ)箱120中的溶液較熱，閥130可控制三種可能 的操作模式。第一，例如，當(dāng)車輛移動(dòng)并且當(dāng)前不需要來自熱儲(chǔ)箱的熱源，同時(shí)系統(tǒng)100正 對(duì)熱儲(chǔ)箱120中的溶液進(jìn)行加熱以備日后使用，此時(shí)，閥130可關(guān)閉，將發(fā)動(dòng)機(jī)連接至HVAC 單元126。第二，諸如，在車輛停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)且系統(tǒng)100的用戶希望加熱車輛駕駛室時(shí)， 閥可在第一打開位置，在該位置允許來自熱儲(chǔ)箱120的溶液流至HVAC單元126，從而允許 HVAC 126使用存儲(chǔ)的熱。第三，閥可位于第二打開位置，引導(dǎo)溶液流向機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)。這在 寒冷條件下發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間是有益的，允許系統(tǒng)100的用戶在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前預(yù)熱發(fā)動(dòng) 機(jī)，從而在冷起動(dòng)期間減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物，并且使得用戶能夠在啟動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)之后立即使用車輛制熱系統(tǒng)。
系統(tǒng)100進(jìn)一步包括用合適代碼編程的控制器128，用于對(duì)系統(tǒng)100的整體操作 進(jìn)行控制。控制器128大致包括與存儲(chǔ)器結(jié)合的處理器，用于存儲(chǔ)和/或執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器中的程序代碼、以及與系統(tǒng)100各部分通信的若干輸入裝置和輸出裝置。雖然在圖1中 詳細(xì)示出了系統(tǒng)100的各構(gòu)件與控制器128之間的互相連接，控制器128的輸出裝置可電 連接于系統(tǒng)100中由控制器128控制的任意部分，以及，控制器128的輸入裝置電連接至任 何合適或所需的傳感器、反饋回路、或系統(tǒng)100中負(fù)責(zé)向控制器128供應(yīng)輸入信號(hào)的其他構(gòu) 件。
泵也可使用于系統(tǒng)100中需要幫助氣體或流體在特定方向流動(dòng)的位置處，例如壓 力梯度不會(huì)自動(dòng)使流體在所需方向流動(dòng)的位置。根據(jù)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可將泵適當(dāng)?shù)?布置在任意位置。作為示例，示出泵128a輔助水/乙二醇混合物在輸出流體通道124中的 流動(dòng)，示出泵128b輔助水/乙二醇混合物在輸入流體通道122中的流動(dòng)，以及，示出泵128c 輔助水/氨混合物從吸收器116向系統(tǒng)100的高壓部分的流動(dòng)，吸收器預(yù)冷器118和發(fā)生 器104位于該高壓部分中。
系統(tǒng)100也可以具有電池(未示出)，以存儲(chǔ)足夠電力用于泵送、空氣循環(huán)(例如風(fēng) 扇)和/或控制的目的?？蛇x地，系統(tǒng)100可具有光伏陣列，其在白天產(chǎn)生電力以存儲(chǔ)在電池中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2a和圖2b，統(tǒng)稱為圖2，圖2a以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面 在冷存儲(chǔ)模式中操作的熱輔助能源單元或系統(tǒng)100。在圖2a中，從閥106至蒸發(fā)器114的 管路灰底示出(grayed out),當(dāng)系統(tǒng)100在冷存儲(chǔ)模式操作時(shí)不使用該路徑。圖2b以流程 圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在冷存儲(chǔ)模式操作的熱輔助能源單元的過程200。在第一 方塊202中，來自機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流經(jīng)發(fā)生器104，如箭頭103和105所示，并且發(fā)生器 從排氣吸收熱，并將該熱傳遞至溶液，例如帶有溶解氨的水，該溶液循環(huán)通過發(fā)生器104的 熱交換器部分。結(jié)果，溶質(zhì)(例如氨)沸騰出溶液并汽化，并且氨氣通過閥106前進(jìn)，當(dāng)系統(tǒng) 100在冷存儲(chǔ)模式下操作時(shí)，閥106構(gòu)造成朝冷凝器108引導(dǎo)氨氣。溶液的溶劑(例如水)留 在發(fā)生器104中。作為示例，分割線130示出系統(tǒng)100中氨/水溶液循環(huán)的部分(例如，通 過吸收器116、吸收器預(yù)冷器118、和發(fā)生器104)與系統(tǒng)100中實(shí)質(zhì)上僅氨循環(huán)的部分(閥 106、冷凝器108、蒸發(fā)器預(yù)冷器110、孔112、和蒸發(fā)器114)之間的分割。
此外，通過示例測(cè)試的結(jié)果，提供對(duì)在冷卻模式操作時(shí)于過程200各階段和系統(tǒng) 100中會(huì)觀察到的溫度和壓力的大概指示。例如，假設(shè)分流閥102沒有通過旁路107分流 排氣，來自柴油動(dòng)力卡車的典型排氣會(huì)以大約400攝氏度的溫度進(jìn)入發(fā)生器104，并且會(huì)以 大約300至380攝氏度的溫度離開發(fā)生器104。在發(fā)生器104的熱交換器部分中的壓力可 達(dá)到大約120至250磅/平方英寸(psig),導(dǎo)致氨氣以大約125至250磅/平方英寸的壓 力以及大約130攝氏度的溫度向冷凝器108行進(jìn)。雖然此處及說明書中進(jìn)一步提供了所觀 察溫度和/或壓力的具體實(shí)施例和/或范圍，這些溫度和壓力取決于系統(tǒng)100的具體設(shè)計(jì) 和操作模式，并且會(huì)根據(jù)系統(tǒng)100的所需設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和操作模式而有很大不同。換句話說，提 供在系統(tǒng)100中所觀察壓力和溫度的示例僅作為示例，并不意于構(gòu)成限制。此外，雖然提供 氨/水溶液作為適合用于使系統(tǒng)100操作的溶劑/溶質(zhì)的示例，但取決于特定應(yīng)用的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)，可使用任何合適的溶劑/溶質(zhì)組合。
接著，在方塊204處，到達(dá)冷凝器108的氨冷卻并凝結(jié)成液體，以放出由氨氣攜帶 的一部分熱。在系統(tǒng)100的冷卻模式中，作為蒸發(fā)器114處能量源的可以是所需氨氣壓力， 然而由氨可能產(chǎn)生的高溫是不需要的，因此在到達(dá)蒸發(fā)器114之前將氨冷卻。例如，通過使 用盤管和風(fēng)扇設(shè)計(jì)的液體對(duì)氣體熱交換器，將熱傳遞至周圍空氣，冷凝器108可將氨冷卻 至大約50至60攝氏度。氨在離開冷凝器108并向蒸發(fā)器預(yù)冷器110行進(jìn)時(shí)可保持120至 250磅/平方英寸。
接著，在方塊206處，例如，在蒸發(fā)器預(yù)冷器110處的第一流體通道(例如，液體盤 管)中，進(jìn)一步冷卻液氨(ammonia liquid)。蒸發(fā)器預(yù)冷器110的熱交換器部分可為液體 對(duì)液體型，并在從冷凝器108至蒸發(fā)器114行進(jìn)的第一流體通道(例如，第一盤管)和蒸發(fā)器 114與吸收器116之間的流體通道(例如，第二盤管)之間傳遞熱能。離開蒸發(fā)器預(yù)冷器110 第一盤管的氨會(huì)比進(jìn)入蒸發(fā)器預(yù)冷器110第二盤管的液氨溫度更低。例如，離開蒸發(fā)器預(yù) 冷器110的第一盤管的液氨可具有大約50攝氏度的溫度和大約120至250磅/平方英寸 的壓力。
接著，在方塊208處，氨氣穿過噴孔112并進(jìn)入或注射入蒸發(fā)器114。孔112在系 統(tǒng)100的高壓側(cè)和系統(tǒng)100的低壓側(cè)之間建立邊界，由線132示出。隨著氨穿過孔112進(jìn) 入蒸發(fā)器114的腔室(例如，通過蒸發(fā)器114的第一流體通道)，由于氨遭遇低壓區(qū)而使氨汽化，這也使氨的溫度大幅降低。在汽化過程中，穿過蒸發(fā)器114的熱交換器部分，氨從循環(huán) 通過蒸發(fā)器114中第二流體通道(例如流體盤管)的水/乙二醇混合物吸收熱能，從而冷卻 水/乙二醇混合物，該混合物向前朝熱箱輸入流體通道(例如，盤管和管路)122行進(jìn)。在經(jīng) 過孔112之后進(jìn)入蒸發(fā)器114的氨可具有大約-10至-5攝氏度的溫度和大約O至5磅/ 平方英寸的壓力。離開蒸發(fā)器114并行進(jìn)回到蒸發(fā)器預(yù)冷器110的氨氣可具有例如_5至 O攝氏度之間的溫度和大約40至55磅/平方英寸的壓力。
接著，在方塊210處，氨氣再次通過蒸發(fā)器預(yù)冷器110，這次通過第二流體通道，并 吸收在方塊206處由第一流體通道放出的熱。氨氣可以以比進(jìn)入蒸發(fā)器預(yù)冷器110第二流 體通道時(shí)高約10度的溫度離開蒸發(fā)器預(yù)冷器110的第二盤管，并且氨氣向前經(jīng)過系統(tǒng)100 的低壓側(cè)朝吸收器116行進(jìn)。由于過程200的方塊206和210利用蒸發(fā)器預(yù)冷器110，并為 可選的用以提高系統(tǒng)100的性能，方塊206和210彼此共同作用。
接著，在方塊212處，將氨重新吸收到水中。吸收氨的水可為在方塊202處當(dāng)氨沸 騰出氨/水溶液時(shí)得到的幾乎不含有氨的水。氨氣行進(jìn)穿過吸收器116，吸收器116包括 熱交換器，該熱交換器通過將兩種流體冷卻至合適溫度而允許氨氣溶解回到水中。吸收器 116在其下端可包括噴管，通過噴管喂入氨，氨冒泡至上部并大量吸收于水?？蓪⑺?氨溶 液泵送達(dá)到更高壓力和溫度(例如，通過泵128c而跨過線132)，然后到達(dá)吸收器預(yù)冷器118 處。
接著，在方塊214處，水/氨溶液經(jīng)過吸收器預(yù)冷器118。使用吸收器預(yù)冷器118 的方塊214可為過程200中的可選步驟，其以提高系統(tǒng)100的效率為目標(biāo)，以及，吸收器預(yù) 冷器118可為系統(tǒng)100的可選特征。因此，方塊214和吸收器預(yù)冷器118對(duì)于系統(tǒng)100的 運(yùn)行來說不是必需的。在使用預(yù)冷器118的實(shí)施例中，水/氨溶液通過預(yù)冷器118中第一 流體通道(例如第一盤管)朝發(fā)生器104行進(jìn)，水/氨溶液吸熱，同時(shí)將通過預(yù)冷器118中第 二流體通道(例如第二盤管)從發(fā)生器104行進(jìn)至吸收器116的水(例如氨已從溶液沸騰離 開的水)冷卻，以使水溫接近于在吸收器116處可發(fā)生再次吸收氨的溫度。到達(dá)發(fā)生器104 的水/氨溶液完成過程200的循環(huán)，并且過程200返回方塊202。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3a和圖3b，統(tǒng)稱為圖3，圖3a以方塊圖形式示出根據(jù)本說明書一方面 在熱存儲(chǔ)模式操作的熱輔助能源單元或系統(tǒng)100。在圖3a中，從閥106到冷凝器108、到預(yù) 冷器110、到蒸發(fā)器114的路徑由灰底示出，當(dāng)系統(tǒng)100在熱存儲(chǔ)模式操作時(shí)不使用該路徑。 圖3b以流程圖形式示出根據(jù)本說明書一方面在熱存儲(chǔ)模式操作的熱輔助能力單元或系統(tǒng) 100的過程300。
在第一方塊302處，來自機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流過發(fā)生器104，如箭頭103和105 所示，以及，發(fā)生器從排氣吸收熱，并將該熱傳遞至循環(huán)經(jīng)過發(fā)生器104中熱交換器部分的 氨/水溶液。結(jié)果，氨汽化并從溶液沸騰而出，氨氣流經(jīng)閥106，閥106在本示例中構(gòu)造成當(dāng) 系統(tǒng)100在熱存儲(chǔ)模式操作時(shí)直接朝蒸發(fā)器114引導(dǎo)氨氣。作為示例，分割線130圖示系 統(tǒng)100中循環(huán)氨/水溶液的部分(例如，通過吸收器116、吸收器預(yù)冷器118、和發(fā)生器104) 與系統(tǒng)100中大致只循環(huán)氨的部分(例如，通過閥106和蒸發(fā)器114)之間的分割。留下水 溶劑并朝吸收器預(yù)冷器118引導(dǎo)該水溶劑。在與作為吸收循環(huán)操作相反的熱存儲(chǔ)模式下操 作時(shí)，由于系統(tǒng)100中存在相對(duì)小的壓差，應(yīng)該忽略圖3a示出的低壓/高壓分割線132。
通過示例測(cè)試的結(jié)果，提供對(duì)可在過程300各階段和系統(tǒng)100中觀察到的溫度和壓力的大概指示。例如，假設(shè)分流閥102沒有通過旁路107分流排氣，來自柴油動(dòng)力卡車的 典型排氣會(huì)以大約400攝氏度的溫度進(jìn)入發(fā)生器104，以及，會(huì)以大約300至380攝氏度的 溫度離開發(fā)生器104。在發(fā)生器104的熱交換器部分中的壓力可達(dá)到約120至150磅/平 方英寸，導(dǎo)致氨氣以約120至150磅/平方英寸的壓力和大概100攝氏度的溫度朝蒸發(fā)器 114行進(jìn)。雖然此處及說明書中進(jìn)一步提供了所觀察溫度和/或壓力的具體示例和/或范 圍，這些溫度和壓力取決于系統(tǒng)100的設(shè)計(jì)和操作模式，并且，會(huì)根據(jù)系統(tǒng)100的特定設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)和操作模式而不同。換句話說，在系統(tǒng)100中所觀察到的壓力和溫度的示例僅作為示 例提供，并不意于構(gòu)成限制。
接著，在方塊304處，氨氣流入例如蒸發(fā)器114中熱交換器的第一流體通道(例如 第一盤管)，在此處氣體放出熱能并冷卻。在冷卻過程中，經(jīng)過蒸發(fā)器114的熱交換器部分， 氨向循環(huán)經(jīng)過蒸發(fā)器114中第二流體通道(例如第二盤管)的水/乙二醇混合物放出熱能， 因此加熱水/乙二醇混合物，此混合物向前朝熱箱輸入盤管和管路122行進(jìn)。進(jìn)入蒸發(fā)器 114的氨可具有大約100攝氏度的溫度和大約120至250磅/平方英寸的壓力。
接著，在方塊306處，氨氣經(jīng)過蒸發(fā)器預(yù)冷器110。在熱存儲(chǔ)模式中，在氨流向蒸發(fā) 器114的途中，氨的流動(dòng)不僅會(huì)旁路繞過孔112，而且會(huì)旁路繞過預(yù)冷器110，因此在此點(diǎn)幾 乎沒有發(fā)生熱傳遞。在過程300中，蒸發(fā)器預(yù)冷器110可用作液體對(duì)氣體熱交換器，僅提供 使氨氣冷卻以排出多余熱的功能。氨可以以比進(jìn)入蒸發(fā)器預(yù)冷器110時(shí)的溫度低大約10度 的溫度離開蒸發(fā)器預(yù)冷器110，并且氨氣向前經(jīng)過系統(tǒng)100朝吸收器116行進(jìn)。過程300中 的方塊306是可選地，如圖4中示出的氨經(jīng)過蒸發(fā)器預(yù)冷器的方向?？蛇x擇地，當(dāng)系統(tǒng)100 在熱存儲(chǔ)模式操作時(shí)，氨可直接從蒸發(fā)器114前進(jìn)至吸收器116。
接著，在方塊308處，將氨重新吸收到氨/水溶液的水中。吸收氨的水可以為方塊 302處當(dāng)氨從氨/水溶液中汽化時(shí)生成的幾乎不含氨的水。氨氣行進(jìn)穿過包括熱交換器的 吸收器116，熱交換器通過將兩種流體(例如，氨和水)冷卻到合適溫度而允許氨氣溶解回水 中。吸收器116在其下端可包括噴管，通過噴管將氨喂入，氨冒泡通過水到達(dá)上端并大量吸 收進(jìn)水中。
接著，在方塊310處，水/氨溶液穿過吸收器預(yù)冷器118。使用吸收器預(yù)冷器118 的方塊310在過程300中為可選步驟，其以提高系統(tǒng)100的效率為目標(biāo)，并且吸收器預(yù)冷器 118可為系統(tǒng)100的可選特征。所以，方塊310和吸收器預(yù)冷器118對(duì)于系統(tǒng)100的運(yùn)行不 是必需的。在使用預(yù)冷器118的實(shí)施例中，水/氨溶液通過預(yù)冷器118中第一流體通道(例 如第一盤管)朝發(fā)生器104行進(jìn)，水/氨溶液吸熱，同時(shí)將通過預(yù)冷器118中第二流體通道 (例如第二盤管)從發(fā)生器104行進(jìn)至吸收器116的水(例如氨汽化離開溶液的水)冷卻，以 使水溫接近于在吸收器116處可更好地達(dá)到再次吸收氨的溫度。到達(dá)發(fā)生器104的水/氨 溶液完成過程300的循環(huán)，并且過程300返回方塊302。
接著參照?qǐng)D4，圖4以流程圖形式示出由控制器128在對(duì)系統(tǒng)100進(jìn)行控制時(shí)執(zhí)行 的過程400。在一個(gè)示例中，控制器128可實(shí)施為設(shè)計(jì)成利于系統(tǒng)100理想操作的電控模塊 (E⑶)，也稱為混合輔助能源單元(HAPU)，通過對(duì)系統(tǒng)100的各種方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制以實(shí) 現(xiàn)提供車輛制熱和/或制冷的功能，以及，通過捕獲和再利用車輛排氣中將作為熱排出的 能量損失，從而減少車輛的總碳足跡。控制器128可與系統(tǒng)100整體構(gòu)成，并可使系統(tǒng)100 能夠根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。如第一方塊402中所示，控制器可監(jiān)測(cè)和/或收集與系統(tǒng)100和/或安裝有系統(tǒng)100的車輛的操作參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括但不限于壓力、 溫度、電壓、液位、流量、和/或車輛操作者的輸入。使用從這些輸入裝置收集的數(shù)據(jù)并使用 控制邏輯處理信息，控制器128指令系統(tǒng)100的各構(gòu)件動(dòng)作，以保持系統(tǒng)100適當(dāng)運(yùn)行。系 統(tǒng)100中由控制器128監(jiān)測(cè)或控制的構(gòu)件包括但不限于閥、風(fēng)扇、致動(dòng)器、繼電器、接觸器、 充電控制器、泵、和/或輸出裝置。輸出裝置的一種可能用途可以為向使用者示出系統(tǒng)操作 的多個(gè)方面。
在一個(gè)示例中，控制器128監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100操作的多個(gè)方面并允許熱循環(huán)(例如在圖 2和圖3示出的)和電力系統(tǒng)協(xié)同作用，以向車輛諸如卡車的駕駛室提供經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣?？?制器128可用于對(duì)系統(tǒng)100的數(shù)個(gè)主要功能進(jìn)行控制，如下文所述。一般來說，如方塊403 示出的，控制器128對(duì)系統(tǒng)100中結(jié)合至控制器128輸出裝置的多個(gè)構(gòu)件進(jìn)行控制，以提供 系統(tǒng)100的適當(dāng)運(yùn)行。
控制器128可電結(jié)合至排氣分流閥102，該閥為由控制器128構(gòu)造的三通二位閥， 以確保自排氣傳遞至發(fā)生器104的熱能適用于系統(tǒng)100，并在系統(tǒng)100變得過熱或即將變得 過熱時(shí)，使排氣分流離開發(fā)生器104。如方塊404中所示，根據(jù)從例如系統(tǒng)100中的傳感器 接收的相關(guān)輸入，控制器128控制排氣分流閥102的位置。在一個(gè)示例中，閥102可完全將 排氣分流至發(fā)生器104或遠(yuǎn)離發(fā)生器104，或在發(fā)生器104和旁路107之間混合排氣流，以 實(shí)現(xiàn)將適當(dāng)?shù)臒醾鬟f至發(fā)生器104。在一個(gè)示例中，控制器128從傳感器檢測(cè)用于指示系統(tǒng) 100中各位置處溫度和/或壓力的電信號(hào)，并根據(jù)存儲(chǔ)在控制器128中的控制邏輯，基于這 些信號(hào)生成判定，以及，通過將控制器128從一個(gè)或多個(gè)輸入傳感器接收的信號(hào)與編程進(jìn) 控制邏輯的具體目標(biāo)進(jìn)行比較，確定是增加還是減少傳遞至發(fā)生器104的熱能的量?？刂?器相應(yīng)地產(chǎn)生用于分流閥102的輸出信號(hào)，并相應(yīng)操作分流閥102。如果控制器128基于一 個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)檢測(cè)到錯(cuò)誤，控制器128可產(chǎn)生輸出信號(hào)以關(guān)閉分流閥102，強(qiáng)制所有熱 能遠(yuǎn)離發(fā)生器104并經(jīng)過作為安全停機(jī)順序一部分的旁路107。
控制器128可進(jìn)一步電結(jié)合至閥106，閥106可為三通二位閥，用于使系統(tǒng)100能 夠在制熱和制冷模式之間切換。如方塊406所示，控制器128對(duì)閥106的位置進(jìn)行控制，從 而基于相關(guān)輸入選擇系統(tǒng)100的操作模式。當(dāng)需要制冷時(shí)，閥106引導(dǎo)氨流過冷凝器108， 并且系統(tǒng)100作用為吸收循環(huán)，如上文結(jié)合圖2所述。如果需要制熱，閥106引導(dǎo)氨流過設(shè) 置于冷凝器108和噴孔112旁路的第二管路，其跨過了系統(tǒng)100中的制冷部分，并將熱氨送 至蒸發(fā)器114，如上文結(jié)合圖3所述。在一個(gè)示例中，例如通過接收由手動(dòng)輸入(其結(jié)合于 控制器128輸入)例如用戶按下按鈕而生成的信號(hào)，控制器128生成關(guān)于哪種模式適當(dāng)?shù)呐?定。在另一示例中，通過自動(dòng)感測(cè)溫度，例如通過接收來自位于駕駛室和/或車輛外部的電 溫度傳感器(其結(jié)合于控制器128輸入)的信號(hào)，控制器128生成關(guān)于哪種模式適當(dāng)?shù)呐卸ā?控制器128可讀取由結(jié)合于輸入的溫度傳感器所生成的信號(hào)，并基于存儲(chǔ)在控制器128中 的控制邏輯預(yù)測(cè)適合于維持用戶舒適的動(dòng)作，并且控制器128可生成用于閥106的輸出信 號(hào)，使閥106移至所需位置，以將系統(tǒng)100設(shè)置于冷存儲(chǔ)模式或熱存儲(chǔ)模式。
控制器128可進(jìn)一步電結(jié)合于圖1中示出的任意泵(例如,泵128a、128b、和/或 128c)。例如,控制器128可電結(jié)合至泵128c，該泵可為氨/水溶液泵，用于在圖2和圖3所 描述過程200和300的最后階段產(chǎn)生從吸收器116至發(fā)生器104的水/氨溶液的回流。如 方塊408示出的，控制器128控制用于維持系統(tǒng)100運(yùn)行的泵。在一個(gè)示例中，控制器128可控制泵是開啟還是關(guān)閉、以及泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度。在一個(gè)示例中，控制器128控制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，例 如通過生成合適的輸出信號(hào)以控制結(jié)合至泵128c的繼電器，從而，通過從系統(tǒng)100各部分 處的各種感測(cè)器或傳感器、和/或液位指示器收集信息，來維持壓力容器(例如吸收器116 和發(fā)生器104)中的合適液位，這些感測(cè)器或傳感器提供的信號(hào)指示例如在系統(tǒng)100各階段 的流體流量、在系統(tǒng)100各部分的溫度、在系統(tǒng)100各部分的壓力。控制器128可使用這些 輸入中的一個(gè)或多個(gè)，以將控制器128從感測(cè)器或傳感器獲得的讀數(shù)與編程進(jìn)控制器128 控制邏輯中的具體目標(biāo)進(jìn)行比較，并產(chǎn)生合適的輸出信號(hào)以對(duì)泵128c進(jìn)行控制，從而滿足 由控制邏輯指令的輸出條件。
控制器128可進(jìn)一步電結(jié)合于泵128a和/或泵128b，該泵可用于在兩個(gè)或更多個(gè) 熱交換器之間循環(huán)溶液(例如水/乙二醇)，以將來自一個(gè)構(gòu)件的熱能傳遞至系統(tǒng)100中的 下一構(gòu)件。在一個(gè)示例中，控制器128監(jiān)測(cè)由結(jié)合至熱交換器(例如，蒸發(fā)器114和/或熱 儲(chǔ)箱流體通道122、124)的溫度傳感器提供的溫度信號(hào)，并通過存儲(chǔ)在控制器128中的程序 邏輯，將由溫度傳感器指示的溫度與編碼中存儲(chǔ)的目標(biāo)進(jìn)行比較，來確定熱能的傳遞是否 合適，從而滿足系統(tǒng)100的最終熱目標(biāo)。然后，控制器128相應(yīng)使泵運(yùn)轉(zhuǎn)。
控制器128可進(jìn)一步電結(jié)合至多個(gè)冷卻風(fēng)扇(未示出)。系統(tǒng)100中裝有熱交換器 的任意構(gòu)件例如冷凝器108可選地包括冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇將空氣吹過冷凝器108，可用于允許 這種液體對(duì)氣體熱交換器更有效地作用，并允許使其中流體介質(zhì)(例如在冷凝器108的情 況下為氨)冷卻的周圍環(huán)境排出適當(dāng)?shù)臒彷d。如方塊410所示，基于由控制器128接收的相 關(guān)輸入信號(hào)，控制器128控制安裝在系統(tǒng)100中的任意冷卻風(fēng)扇。在一個(gè)示例中，通過監(jiān)測(cè) 由溫度傳感器產(chǎn)生的輸入信號(hào)并將這些輸入與控制器128的控制邏輯中編碼的目標(biāo)進(jìn)行 比較，控制器128可控制風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，以維持熱交換器諸如冷凝器108的期望冷卻效果。可 相應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，風(fēng)扇可完全開啟或關(guān)閉，以及，當(dāng)開啟時(shí)可相應(yīng)設(shè)定風(fēng)扇速度。在 一個(gè)示例中，當(dāng)系統(tǒng)100處于冷存儲(chǔ)模式時(shí)，可使結(jié)合至冷凝器108的風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于在 熱存儲(chǔ)模式中不使用冷凝器108，當(dāng)系統(tǒng)100處于熱存儲(chǔ)模式時(shí)風(fēng)扇不運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，在一個(gè) 示例中，可由控制器128適當(dāng)控制風(fēng)扇速度，以獲得經(jīng)過熱交換器的流體的期望冷卻速率。
控制器128可進(jìn)一步結(jié)合至閥130，閥130控制流經(jīng)熱箱輸出流體通道124的溶 液的流量。如方塊412所示，控制器128基于相關(guān)輸入對(duì)閥130的位置進(jìn)行控制，閥130控 制存儲(chǔ)在熱儲(chǔ)箱122中的能量的使用。閥130可為三通三位雙管路型，并且可以引導(dǎo)溶液 (例如乙二醇/水)在車輛HVAC126、機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)、和熱儲(chǔ)箱120之間的流動(dòng)。在一個(gè)示例 中，通過接收例如用戶使用指示系統(tǒng)100期望操作模式的按鈕進(jìn)行手動(dòng)輸入而產(chǎn)生的輸入 信號(hào)，控制器128判定哪個(gè)流動(dòng)路徑合適?？刂破骺蛇M(jìn)一步接收來自指示前述任意構(gòu)件溫 度的溫度傳感器的輸入，然后控制器128可確定最合適實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)100目標(biāo)的動(dòng)作，并將合適 的輸出信號(hào)送至閥130。如前文在系統(tǒng)100于熱存儲(chǔ)模式下操作的示例內(nèi)容中所討論的， 閥130可具有三個(gè)可能位置。閥130可關(guān)閉，例如當(dāng)車輛移動(dòng)并且當(dāng)前不需要來自熱儲(chǔ)箱 的熱源，同時(shí)系統(tǒng)100正在加熱熱儲(chǔ)箱120中的溶液，以存儲(chǔ)熱能備日后使用，并因此恢復(fù) 從發(fā)動(dòng)機(jī)至HVAC 126的常規(guī)制熱輸入。第二，諸如當(dāng)車輛停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)而系統(tǒng)100的 用戶希望為車輛駕駛室制熱時(shí)，閥可位于第一打開位置，允許溶液行至HVAC單元126，因此 允許HVAC126使用存儲(chǔ)熱。第三，閥可位于引導(dǎo)溶液向機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)的第二打開位置。 這在寒冷條件下對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)是有益的，允許系統(tǒng)100的用戶在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)期間的排放物，并使得用戶能夠在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后立刻 使用車輛制熱系統(tǒng)。
控制器128可進(jìn)一步結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)提供電荷控制功能的充電控制器。充電 控制器用于但不限于調(diào)整流進(jìn)系統(tǒng)100電池(未示出)或從中流出的電流，電池包括在系統(tǒng) 100的多個(gè)可選構(gòu)件中，充電控制器為諸如能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、插入式電池充電器、光伏陣列、和 /或車輛或車輛構(gòu)件的總線。在一個(gè)示例中，控制器128監(jiān)測(cè)進(jìn)出系統(tǒng)100的電壓并調(diào)整 電流，同時(shí)考慮很多不同參數(shù)，例如在一天中的時(shí)刻、電池充電狀態(tài)(S0C)、車輛運(yùn)轉(zhuǎn)、以及 可用于捕獲的功率?？刂破?28接收指示此信息一部分或全部的信號(hào)，并基于編程進(jìn)控制 器128的程序邏輯確定用于充電控制器的動(dòng)作過程。如方塊414所示，控制器128基于相 關(guān)輸入控制一個(gè)或多個(gè)充電控制器(未不出)。
雖然將過程或方法400示出為以特定順序進(jìn)行，但由于對(duì)系統(tǒng)100的運(yùn)行來說方 塊順序并非關(guān)鍵，方塊402、404、406、408、410、412、和414中任意方塊可重新布置。此外，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，由控制器128執(zhí)行時(shí)，方法400為循環(huán)的和/或反復(fù)的，典型地，控 制器128每秒執(zhí)行過程400若干次。此外，由方塊402、404、406、408、410、412、和414示出 的功能用于示例，并且取決于特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這些方塊中的一個(gè)或多個(gè)可為可選的。 此外，方法400意于示出系統(tǒng)100的一些主要控制方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解控制器 128能夠執(zhí)行比方法400所示出更多的功能。
下面參照?qǐng)D5，其示出與根據(jù)本說明書的熱輔助能源單元一起使用的發(fā)生器104 的仰視圖和相應(yīng)截面圖。圖5不出適于與系統(tǒng)100 —起使用的發(fā)生器104的一個(gè)不例,但 并不受限于此。根據(jù)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可使用任意發(fā)生器。發(fā)生器104 —般包括外管或 殼502、端板504和506、內(nèi)管508、排氣通道509、環(huán)圈510、分離環(huán)512、分離區(qū)514、和氨出 口管路516。
發(fā)生器104的外殼502部分含有加壓且加熱的流體,例如氨和水溶液。在一個(gè)不 例中，溶液的濃度可在從百分之幾重量份數(shù)氨至高達(dá)20%重量份數(shù)氨的范圍之間變化。在 一個(gè)示例中，發(fā)生器104設(shè)計(jì)為壓力容器，以在發(fā)生器的使用權(quán)限內(nèi)適當(dāng)編碼。發(fā)生器104 的內(nèi)部壓力可從靜止?fàn)顟B(tài)的50磅/平方英寸升至運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的250磅/平方英寸。發(fā)生器的 溫度范圍可在從非工作時(shí)的-40攝氏度至正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間的130攝氏度或更高的溫度范圍中 變化。在過熱條件下，外殼502可達(dá)到250攝氏度。壓力容器邊界包括如圖5所示的外管 502和兩個(gè)端板504、506，端板504、506形成為使得端板504、506用作外管502與同軸內(nèi)管 508之間的關(guān)閉件。外殼502可由碳鋼諸如無縫管制成，其具有適用于所含流體的狀態(tài)和組 成的特性，諸如但不限于ASTM A516，在一些應(yīng)用中可使用等級(jí)為諸如SS 304的不銹鋼。
內(nèi)管508可形成從發(fā)動(dòng)機(jī)至大氣的排氣通道509的一部分。內(nèi)管的功能可以是 為熱排氣提供通道，熱排氣提供由系統(tǒng)100收獲的能量；以及，在內(nèi)管508外側(cè)還經(jīng)受在吸 收管路中由加壓工作流體(例如溶液)產(chǎn)生的高壓。內(nèi)管508在環(huán)圈510的輔助下可將來自 流動(dòng)排氣的熱傳導(dǎo)至溶液，下文將對(duì)此進(jìn)行描述。在一個(gè)示例中，內(nèi)管508可由碳鋼諸如無 縫管制成，其具有適用于所含流體的狀態(tài)和組成的特性，諸如但不限于ASTM A516，在一些 應(yīng)用中可使用等級(jí)為諸如SS304的不銹鋼。
這些環(huán)圈510環(huán)繞于內(nèi)管508的周圍，并且，通過增加可用于熱傳遞的表面積的 量，并幫助升高溶液的溫度和壓力、從而提高發(fā)生器104的效率及更好地使溶質(zhì)從溶液汽化的能力，這些環(huán)圈510用于增加從流經(jīng)內(nèi)管508的熱排氣進(jìn)入流經(jīng)外管502的溶液的傳 導(dǎo)熱量。在一個(gè)示例中，環(huán)510與內(nèi)管508具有緊密配合，但相對(duì)于外管502具有徑向間隙， 允許在車輛移動(dòng)時(shí)抵抗劇烈冒泡和晃動(dòng)而穩(wěn)定流體柱的同時(shí)，進(jìn)行溶液分餾。環(huán)510可由 與內(nèi)管508與外管502能相容的材料構(gòu)成。在一個(gè)示例中，發(fā)生器104的所有金屬構(gòu)件可 由易于制造的相同材料制成。
分離環(huán)512作用為使下方空間(例如，如圖5所示的分離環(huán)512左側(cè))與上方空間 (例如，如圖5所示的分離環(huán)512右側(cè))分離，該下方空間為流體加熱和沸騰區(qū)，因而攜帶有 來自分離區(qū)的一些水的濕氣(例如氨)從溶液(例如水和氨)逸出，在上方空間中大量液滴 移除，留下最干燥的氣體(例如氨)離開容器。在一個(gè)示例中，環(huán)512可與內(nèi)管508和外管 502都具有緊密配合，并且，為易于裝配可焊接至內(nèi)管508。環(huán)512可由與如前文所述的管 502和508能相容的材料制成。環(huán)512可包括穿有一系列孔的環(huán)形板，在一個(gè)示例中，這些 孔的直徑可以是環(huán)形間隙直徑的大約25%。板中由孔產(chǎn)生的開口面積可以為總環(huán)形面積的 10-20%,但并不受限于此。
分離區(qū)514具有一定容積。在一個(gè)示例中，該容積可填充有由能結(jié)合液滴的材料 (諸如不銹鋼棉或其他提供很高表面積的類似材料)。溶液液滴(例如液態(tài)水)形成在這些表 面上，并排出回到分離環(huán)512下方的液體空間。通過頂部處的氨出口管路516離開容器的 氣體(例如汽化氨)幾乎全部都為氨氣(例如具有非常少量水蒸氣例如1%水蒸氣的高達(dá)99% 的氨氣)。
上述本發(fā)明的各實(shí)施例僅為示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行替代、變 化、及更改而不偏離本發(fā)明的范圍。特別地，的是，從上述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)中選擇的特 征可結(jié)合起來，以產(chǎn)生沒有明確描述的可替代實(shí)施例，適于該結(jié)合的特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說是容易理解的。在本文權(quán)利要求中描述的主題涵蓋并包含所有適當(dāng)?shù)募夹g(shù)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲能量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)生器，用于從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣捕獲熱，所述發(fā)生器構(gòu)造為用于循環(huán)第一溶液，該第一溶液具有能夠由所述發(fā)生器所捕獲的熱汽化的溶質(zhì)；冷凝器，其與所述發(fā)生器連接，用于接收汽化溶質(zhì)并將所述汽化溶質(zhì)冷凝成液體；蒸發(fā)器，其與所述冷凝器連接，并具有位于所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間的孔，所述蒸發(fā)器具有第一流體通道，用于循環(huán)所述溶質(zhì)；以及第二流體通道，用于循環(huán)第二溶液；所述第一流體通道和所述第二流體通道構(gòu)造為，由從行進(jìn)通過所述第二流體通道的所述第二溶液所吸收的熱，使行進(jìn)通過所述第一流體通道的溶質(zhì)汽化，從而冷卻所述第二溶液；以及吸收器，其與所述蒸發(fā)器和所述發(fā)生器連接，所述吸收器構(gòu)造為，通過使所述溶質(zhì)和由所述發(fā)生器供應(yīng)的所述第一溶液的溶劑混合，使所述溶質(zhì)重返溶液，以及，用于使所述第一溶液重返所述發(fā)生器以完成所述系統(tǒng)的循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間的熱交換器，用于從所述冷凝器流向所述蒸發(fā)器的溶質(zhì)第一流體和從所述蒸發(fā)器流向所述吸收器的溶質(zhì)第二流體之間的熱交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述吸收器和所述發(fā)生器之間的熱交換器，用于從所述發(fā)生器流向所述吸收器的溶劑第一流體和從所述吸收器流向所述發(fā)生器的第一溶液的第二流體之間熱交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述溶劑包括水(H2O),所述溶質(zhì)包括氨(NH3),以及，所述第一溶液包括溶解在水中的氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)底循環(huán)排氣捕獲熱，以驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)中用于使存儲(chǔ)在熱儲(chǔ)箱中的所述第二溶液冷卻的吸收循環(huán)，以備日后用于使所述機(jī)動(dòng)車的駕駛室變涼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述發(fā)生器和所述冷凝器之間的旁通閥，該旁通閥進(jìn)一步與所述蒸發(fā)器連接，所述旁通閥構(gòu)造成將所述溶質(zhì)直接分流至所述蒸發(fā)器，并選擇方式構(gòu)成用于在熱存儲(chǔ)模式操作的系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱儲(chǔ)箱，其構(gòu)造為容納用于存儲(chǔ)熱能的第三溶液，所述熱儲(chǔ)箱具有流體通道，該流體通道構(gòu)造為至少部分浸入所述第三溶液中，并與所述蒸發(fā)器的所述第二流體通道連接，用于使所述第二溶液流通通過所述熱儲(chǔ)箱的所述流體通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第三溶液和所述第二溶液中至少一個(gè)包括至少水和乙二醇之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述熱儲(chǔ)箱具有第二流體通道，該第二流體通道構(gòu)造為浸入所述第三溶液中，用于與安裝有所述系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車的制熱和制冷單元連接。
10.一種用于在冷存儲(chǔ)模式下使系統(tǒng)操作的方法，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量，所述方法包括將來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱吸收到溶液中，并汽化所述溶液的溶質(zhì)，留下所述溶液的溶劑；使所述溶質(zhì)冷卻并冷凝變回液態(tài)；將所述液體溶質(zhì)注入蒸發(fā)器，允許所述溶質(zhì)吸收熱能，從而冷卻流經(jīng)所述蒸發(fā)器的第二溶液；以及進(jìn)一步將所述溶質(zhì)重新吸收于所述溶劑中以重建所述溶液，用于在所述吸收步驟中進(jìn)一步使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將所述溶質(zhì)冷凝變回液態(tài)之后，通過使所述溶質(zhì)循環(huán)經(jīng)過熱交換器而進(jìn)一步冷卻所述溶質(zhì)；以及將所述蒸發(fā)器中的溶質(zhì)汽化之后，通過使所述溶質(zhì)流通經(jīng)過所述熱交換器而進(jìn)一步加熱所述溶質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括汽化所述溶質(zhì)并留下所述溶劑之后，通過所述溶劑流通經(jīng)過熱交換器而冷卻所述溶劑；以及重建所述溶液之后，通過所述溶液流通經(jīng)過所述熱交換器而加熱所述溶液。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述溶劑包括水(H2O),所述溶質(zhì)包括氨(NH3), 以及，所述溶液包括溶解在水中的氨。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述方法從所述發(fā)動(dòng)機(jī)底循環(huán)排氣捕獲熱，以驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)中用于使存儲(chǔ)在熱儲(chǔ)箱中的所述第二溶液冷卻的吸收循環(huán)，以備日后用于使所述機(jī)動(dòng)車的駕駛室變涼。
15.一種用于在熱存儲(chǔ)模式下使系統(tǒng)操作的方法，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量，所述方法包括將來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱吸收到溶液中，并汽化所述溶液的溶質(zhì)，留下所述溶液的溶劑；使所述溶質(zhì)流通經(jīng)過蒸發(fā)器，以使所述溶質(zhì)能夠散發(fā)熱能，從而加熱流經(jīng)所述蒸發(fā)器的第二溶液；以及將所述溶質(zhì)重新吸收到所述溶劑中，并重建所述溶液，用于在所述吸收步驟中進(jìn)一步使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在使所述溶質(zhì)流通經(jīng)過所述蒸發(fā)器之后，通過所述溶質(zhì)流通經(jīng)過熱交換器而進(jìn)一步冷卻所述溶質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括汽化所述溶質(zhì)并留下所述溶劑之后，通過使所述溶劑流通經(jīng)過熱交換器而冷卻所述溶劑；以及重建所述溶液之后，通過使所述溶液流通經(jīng)過所述熱交換器而加熱所述溶液。
18.—種用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制器,該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量，所述控制器具有與存儲(chǔ)器聯(lián)結(jié)的至少一個(gè)處理器，該存儲(chǔ)器用于將由所述至少一個(gè)處理器、多個(gè)輸入裝置和多個(gè)輸出裝置能夠執(zhí)行的指令存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中，所述控制器構(gòu)造成執(zhí)行存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的指令，從而接收在一個(gè)或多個(gè)所述輸入裝置的信號(hào)；以及在一個(gè)或多個(gè)所述輸出裝置生成信號(hào)，用于控制所述系統(tǒng)的構(gòu)件，以從所述機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量，并存儲(chǔ)所捕獲的能量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制器，其中，由所述控制器控制的構(gòu)件包括一個(gè)或多個(gè)排氣分流閥，操作模式控制閥，流體泵，冷卻風(fēng)扇，以及充電控制器。
20.一種在系統(tǒng)中使用的熱交換器，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量，所述熱交換器具有外管和內(nèi)管，所述熱交換器從經(jīng)所述內(nèi)管行進(jìn)的所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中捕獲熱，并將該熱傳遞至流通經(jīng)過所述外管的溶液，當(dāng)所述溶液吸熱時(shí)所述溶液中的溶質(zhì)汽化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣放出的熱捕獲能量并存儲(chǔ)所捕獲的能量。該系統(tǒng)包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、和吸收器。發(fā)生器捕獲來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱，并可構(gòu)造為用于循環(huán)第一溶液，該第一溶液的溶質(zhì)由發(fā)生器捕獲的熱而汽化。冷凝器可與發(fā)生器連接，用于接收汽化的溶質(zhì)并將汽化溶質(zhì)冷凝成液體。蒸發(fā)器與冷凝器連接，并具有位于冷凝器和蒸發(fā)器之間的孔。蒸發(fā)器可具有用于循環(huán)溶質(zhì)的第一流體通道和用于循環(huán)第二溶液的第二流體通道。第一流體通道和第二流體通道可構(gòu)造為，由從行進(jìn)通過第二流體通道的第二溶液所吸收的熱，使得行進(jìn)通過第一流體通道的溶質(zhì)汽化，從而冷卻第二溶液。吸收器可與蒸發(fā)器和發(fā)生器連接。吸收器可構(gòu)造為，通過使溶質(zhì)和由發(fā)生器供應(yīng)的第一溶液的溶劑混合，使溶質(zhì)重返溶液，并且用于使第一溶液重返發(fā)生器，以完成系統(tǒng)的循環(huán)。
文檔編號(hào)F02G5/02GK103026149SQ201180024006
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者約翰·漢密爾頓·斯坦納德, 大衛(wèi)·羅伯特·伊布斯, 克里斯托弗·巴沙洛 申請(qǐng)人:埃內(nèi)爾謀申公司